JPH10185601A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】道路地図データとして、道路を構成するリ
ンクの始端の座標を記憶させたものを使用し、車両位置
の誤差および道路地図の誤差等により生ずる車両推定位
置の限界誤差の範囲Ｅの外周に、前記道路地図データの
中のリンクのうち最長のものの長さＬ_max を付け加えた
範囲Ｅ＋Ｕの中に、リンクの始端の座標が存在するリン
クを求め、求められたリンクを地図マッチング対象リン
クの候補として採用する。 【効果】候補となるリンク数を絞ることができ、全体と
しての処理時間の減少を見込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地図上の道路を走
行している車両の位置を検出する位置検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、道路を走行している車両の位
置を検出するために、距離センサと、方位センサと、両
センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装置とを
具備し、車両の走行に伴なって生ずる距離変化量、およ
び方位変化量を積算しながら車両の現在位置デ―タを得
る自律航法が提案されているが、距離センサ、および方
位センサが必然的に有している誤差が走行継続に伴なっ
て累積され、得られる現在位置デ―タに含まれる誤差も
累積されてしまうという問題がある。

【０００３】このような問題点を考慮し、かつ車両が道
路上を走行することを前提として、前記自律航法に基い
て得られた現在位置デ―タと、予め地図メモリに格納さ
れている道路地図デ―タとを比較し、現在位置デ―タの
道路からのずれ量（距離差及び方位差）を累積誤差とし
て算出し、前記現在位置デ―タに対して累積誤差分の補
正を行い、現在位置データを道路地図データに一致させ
るようにした地図マッチング処理が提案されている（特
開昭６１−５６９１０号公報等参照）。

【０００４】この地図マッチング処理実行の際、処理に
要する計算量を軽減するために、地図メモリに格納され
ている道路の方位を区分し、その区分に属する方位の道
路を区分ごとにグループ化し、対象となる候補道路を特
定するときに、車両の検出方位と道路の方位が近似する
道路群の中から該当する道路を検索するという提案がな
されている（特開平１−２６０３１２号公報参照）。

【０００５】この方法によれば、候補道路を絞ることが
できるので、マップ地図マッチングの能率化と所要時間
の短縮を図ることができる。ところが、実際には、地図
マッチング処理をする際、すなわち車両の検出方位と道
路の方位との地図マッチングをとる際に、対象とする道
路は、無制限でなく一定の範囲（例えば車両の推定位置
の周辺の誤差範囲）の中の道路から選ばれる。

【０００６】この「一定の範囲」の中の道路から対象と
する道路を選ぶ際に、従来では、道路を表すベクトル
（以下「リンク」という）が、「一定の範囲」の中に入
っているか否かを判断しなければならない。すなわち、
リンクの始端座標と終端座標とから線分を決定し、その
線分の一部でも「一定の範囲」にかかっていれば、「一
定の範囲」の中に入っているとし、その線分が全く「一
定の範囲」にかかっていなければ、「一定の範囲」の外
にあるとする。

【０００７】図１０は、この判断手法を解説する図であ
り、図１０(a) は「一定の範囲」の外にあるリンクを示
し、図１０(b) から図１０(e) は「一定の範囲」の内に
あるリンクを示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法のみ
では、「一定の範囲」の中に入っているか否かの判断に
時間がかかるという難点がある。したがって、判断の対
象となるリンクの数をできるだけ減らしたいという要望
がある。そこで本発明は、自律航法、衛星測位航法等に
よって得られた車両の位置、方位に基づいて地図マッチ
ング処理を行う場合において、候補道路の限定条件とし
て最適なものを選ぶことによって、マッチング処理時間
を短縮することのできる位置検出装置を実現することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、道路地図データとして、道路を構成するリンクの始
端の座標を記憶させたものを使用し、車両位置の誤差お
よび道路地図の誤差等により生ずる車両推定位置の限界
誤差の範囲Ｅの外周に、前記道路地図データの中のリン
クのうち最長のものの長さＬ_max を付け加えた範囲Ｅ＋
Ｕの中に、リンクの始端の座標が存在するリンクを求め
るリンク選択手段を有し、前記リンク選択手段により求
められたリンクを地図マッチング対象リンクの候補とし
て採用するものである（請求項１）。

【００１０】前記の構成によれば、地図マッチングの対
象リンクを選定する前に、範囲Ｅ＋Ｕの中にリンクの始
端の座標が存在するリンクを選択し、地図マッチング対
象リンクの候補として採用するので、候補となるリンク
数を絞ることができる。しかも、当該範囲Ｅ＋Ｕの中に
リンクの始端の座標が存在するかどうかの簡単な判断の
みをすればよいので、判断時間の増加は最小に押さえら
れる。したがって、この判断時間の増加よりも候補とな
るリンク数の減少による、全体としての処理時間の減少
を見込むことができる。

【００１１】請求項２記載の発明では、「リンクの始端
の座標」が「リンクの終端の座標」で置き換えられてい
るのみであり、発明の実質は、請求項１記載の発明と変
わらない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
位置検出装置の一実施形態を示すブロック図である。位
置検出装置は、走行距離検出部１と、走行方向検出部２
と、所定範囲の道路地図データを予め格納してある道路
地図メモリ３と、両検出部１，２から出力される走行距
離検出信号、走行方向検出信号、道路地図メモリ３に格
納されている道路地図データ、およびマッチング評価部
６から出力される評価データに基づいて推定位置を算出
する推定位置算出部４と、前記道路地図メモリ３に格納
されている道路地図データと前記推定位置算出部４から
出力される位置データとを入力として対象リンクを抽出
する対象リンク抽出部５と、対象リンク抽出部５により
抽出された対象リンクに対して所定の大小関係を評価
し、現在位置を出力するマッチング評価部６とから構成
されている。

【００１３】さらに詳細に説明すると、前記走行距離検
出部１は、例えば、車輪の回転を検出する磁気センサを
有し、磁気センサからの出力正弦波信号の波数をカウン
タによりカウントすることにより車輪の回転数を得、カ
ウンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器
により車輪の外周を示す所定の定数を乗算することによ
り単位時間当りの走行距離を算出する構成のもの、いわ
ゆる車輪速センサであればよいが、ドップラシフト等に
基いて車両の走行速度を算出し、積分することにより走
行距離を算出する構成の車速センサ等、従来公知の構成
のものが使用可能である。

【００１４】前記走行方向検出部２は、例えば、単位時
間当りの回転角度データを出力するジャイロが使用可能
である。このジャイロの例として、振動ジャイロ、光フ
ァイバジャイロ、差動型車輪速センサがあげられる。ま
た、地磁気の水平分力を検出する地磁気センサを使用す
ることもでき、地磁気センサと前記ジャイロとの組合せ
を採用することも可能である。

【００１５】前記道路地図メモリ３は、所定範囲にわた
る道路地図データが予め格納されているものであり、半
導体メモリ、カセットテープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ
（ディジタルバーサタイルディスク）−ＲＯＭ等が使用
可能である。前記道路地図データは、道路地図（高速自
動車国道、自動車専用道路、国道、都道府県道、市町村
道、その他の生活道路を含む。）をメッシュ状に分割
し、各メッシュ単位でノードの座標及び隣接ノードへの
ポインタからなる。国道以上の道路については全国的に
閉じたネットワークが形成されている。

【００１６】前記メッシュは、縦横の距離を約１km×１
kmとした正方形状となっているが、このサイズに限定さ
れるものではない。ノードとは、一般に、道路の交差点
や折曲点を特定するための座標位置のことであり、交差
点を表わすノードを交差点ノード、道路の折曲点（交差
点を除く）を表わすノードを補間点ノードという。

【００１７】ここで、前記道路地図データの構造を図示
すると、図２のようになる。当該メッシュ内のノードご
とにノード座標が記憶されており、そのノードを始端ノ
ードとする終端ノードへのポインタが記憶されている。
また、図示しないが、当該メッシュ内の実際のノード数
が、メッシュに対応して記憶されている。なお、図２の
構造では、始端ノードの座標を記憶し終端ノードへのポ
インタを記憶しているが、これとは反対に終端ノードの
座標を記憶し始端ノードへのポインタを記憶してもよ
い。

【００１８】始端ノードと終端ノードをつないだものが
リンクであって、道路の形に沿った方向付きの線分（折
れ線もある）となる。推定位置算出部４は、走行距離検
出部１から出力される距離データΔｄ、および前記走行
方向検出部２から出力される方位データθに基いて、前
記距離の東西方向成分Δｘ（＝Δｄ× cosθ）、および
南北方向成分Δｙ（＝Δｄ× sinθ）を算出し、従前の
推定位置データ（Ｐx ′，Ｐy ′）に対して前記各成分
Δｘ，Δｙを加算することにより、現在の推定位置デー
タ（Ｐx,Ｐy ）を算出する。

【００１９】また、従前の推定位置データが有している
可能性がある限界誤差（距離誤差、方位誤差、および道
路地図の誤差を含む）の範囲に対して車両の走行分に対
応する限界誤差の増加分を加算することにより現在の推
定位置データが有している可能性がある限界誤差の範囲
を算出する。この限界誤差範囲は、一般には楕円の形状
を有するので、道路地図の上に設定するときも、楕円を
そのまま設定することが考えられる。しかし、この実施
形態では、図３に示すように矩形形状を設定する。矩形
形状にするほうが、限界誤差範囲Ｅに属するか属さない
かの判定が単純になるからである（矩形形状であれば座
標の大小関係を判定するだけでよいが、楕円形状であれ
ば２次曲線式に変換して判定しなければならない）。

【００２０】この限界誤差範囲Ｅは、通常複数メッシュ
にまたがって存在するのはいうまでもないことである。
図３では、車両の推定位置Ｐを含む限界誤差範囲Ｅ、及
びこれと重複する４つの隣接メッシュＭ₁ ，Ｍ₂ ，
Ｍ₃ ，Ｍ₄ を描いている。前記対象リンク抽出部５は、
前記限界誤差範囲Ｅにあるリンクを抽出するものであ
る。

【００２１】メッシュ内のすべてのリンクを対象とする
と、数が多過ぎるので、リンクを限定する必要がある。
そこでこの実施形態では、対象リンクを次のようにして
限定する。限定するにあたっては、道路地図メモリ３
に格納されている道路地図データを構成するリンクのう
ち、最長のリンクの長さをＬ_max とする。そして、限界
誤差範囲Ｅの外周に接して、幅Ｌ_max の帯Ｕを形成す
る。さらにこうして作った範囲Ｅ＋Ｕの中に始端ノー
ドを持つリンクを探索する。この探索は、道路地図デー
タ（図２）のノード座標に基づいて行えばよい。続い
て、こうして探索されたリンクを対象にして、従来どお
り、リンクの始端座標と終端座標とから線分を決定し、
その線分の一部が限界誤差範囲Ｅにかかっているかどう
かを決定する（図１０参照）。

【００２２】図４は、始端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入
るリンク（図中矢印で表している）をいくつか図示した
ものである。図５は、始端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入
らないリンクを図示したものである。この判定手法の利
点を説明する。限界誤差の範囲Ｅに入っているかどうか
を判定する対象となるリンクの数をＮとする。まず、始
端ノードの座標を読み出し、始端ノードの座標が範囲Ｅ
＋Ｕの中に入っているかどうか判断する。リンク１本当
たりの始端ノードの座標の読み出し時間をｔ_a 、範囲Ｅ
＋Ｕの中に入っているかどうかの判断時間をｔ_b とする
と、全リンクについての判断時間Ｔ_a+b は Ｔ_a+b ＝Ｎ（ｔ_a ＋ｔ_b ） である。この時間Ｔ_a+b で、限界誤差範囲Ｅの中に入っ
ているか否かの判断の対象となるリンクを絞り込むこと
ができる。絞り込みによりリンク数がＮから（１−α）
Ｎに減少したとする（αは減少率）。

【００２３】そして、絞り込まれたリンクを対象に、リ
ンク１本当たりの処理時間が最も多い限界誤差範囲Ｅの
中に入っているか否かの判断を行う。リンク１本当たり
の処理時間をｔ_c とすると、絞り込まれたリンクについ
ての判断時間Ｔ_c は、 Ｔ_c ＝（１−α）Ｎｔ_c となり、トータルの判断時間は、 Ｔ_a+b ＋Ｔ_c ＝Ｎ（ｔ_a ＋ｔ_b ）＋（１−α）Ｎｔ_c である。

【００２４】これに対して、従来の方法での判断時間
は、Ｎ（ｔ_a ＋ｔ_c ）である。これらの差をとると、差
ΔＴは、 ΔＴ＝Ｎ（αｔ_c −ｔ_b ） ≒Ｎαｔ_c となる（ｔ_b はｔ_c よりも十分に短いとした）。

【００２５】したがって、絞り込みによるリンクの減少
率αのかかる分だけ、全体としての処理時間を短縮する
ことができる。今までの実施形態では、範囲Ｅ＋Ｕの中
に始端ノードを持つリンクを探索していた。しかし、本
発明は、これに限られるものではなく、範囲Ｅ＋Ｕの中
に終端ノードを持つリンクを探索してもよい。この場合
は、道路地図データの記憶構造として、終端ノードの座
標を記憶し、始端ノードへのポインタを記憶させる必要
がある。図６は、終端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入るリ
ンクをいくつか図示したものであり、図７は、終端ノー
ドが範囲Ｅ＋Ｕの中に入らないリンクを図示したもので
ある。

【００２６】なお、本発明では、範囲Ｅ＋Ｕの中に始端
ノード又は終端ノードを持つリンクを探索するが、この
探索によれば、図８に示すような、始端ノードが範囲Ｅ
＋Ｕの中に入らないが、終端ノードが限界誤差範囲Ｅの
中に入るリンクＬ_a や、終端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に
入らないが、始端ノードが限界誤差範囲Ｅの中に入るリ
ンクＬ_b が排除されてしまうのではないかと考えられ
る。しかし、最長のリンクの長さをＬ_max とし、限界誤
差範囲Ｅに外接して、幅Ｌ_max の帯Ｕを形成したので、
図８のようなケースは発生し得ないことになり、問題は
ない。

【００２７】このようにして、最終的には、限界誤差範
囲Ｅに存在するリンクが求められる。マッチング評価部
６は、これらのリンクを対象にして、地図マッチング処
理を行う。この地図マッチング手法は、公然実施されて
いるので、図９を参照しながら、以下簡単に説明する。

【００２８】図９は道路地図の一部を示す図であり、多
数のリンクのうち、リンクＬ₀ 、ノードｎ₁ を始端とす
るリンクＬ₁ 、ノードｎ₂ を始端とするリンクＬ₂ 、ノ
ードｎ₃ を始端とするリンクＬ₃ のみが示されていると
ともに、車両が破線Ｓのように、リンクＬ₀ からＬ₁ を
通って走行している状態が示されている。なお、一点鎖
線Ｔは推定位置の軌跡を示し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは分岐、
あるいはカーブを示し、Ｅは限界誤差範囲を示してい
る。

【００２９】まずマッチング評価部６は、車両の推定方
位が大きく回転した時点（交差点を曲がった時点）で
の、車両の推定位置Ｐと各ノードｎ₁ ，ｎ₂ ，ｎ₃ との
距離（補正値の初期値）を求める。そして、車両の走行
に連れて、車両の推定位置から、前記各ノードを始端と
するリンクＬ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ へ下ろした垂線の距離を、前記
距離に加えていく。この値を「補正値γ」という。

【００３０】これとともに、マッチング評価部６は、車
両の推定方位とリンク方位との方位差を求める。この方
位差を「相関度α」という。マッチング評価部６は、前
記各リンクに対応する相関度α同士の大小関係を評価し
て、最も小さな相関度α₀ に対応するリンクを特定し、
この相関度α₀ との差｜α−α₀ ｜がしきい値よりも小
さい相関度αを有するリンクを１本又は複数本決定す
る。

【００３１】そして、決定されたリンクに対して、前記
補正値γの変化量Δγをそれぞれ求め、この変化量Δγ
が最小のリンクを決定し、車両の現在位置をこのリンク
上に特定する。なお変化量Δγは、刻々変化するもので
あるから、最近の期間の平均をとって、この平均値を判
定の対象にしてもよい。このとき、他のリンクに対する
補正値γも、原則として保存し続ける。したがって、走
行にしたがって、１本のリンクと、いくつかの候補リン
クとが保存されていくことになる。

【００３２】リンクは、相関度αがしきい値よりも大き
くなった場合や、補正値の変化量Δγがしきい値よりも
大きくなった場合には、削除する。すなわち、相関度α
の評価を所定タイミング毎に行い、所定のしきい値より
も大きくなった相関度αに対応するリンクや、補正値の
変化量Δγがしきい値よりも大きくなったリンクの登録
を抹消し、登録が抹消されなかったリンクに対応する補
正値γについては、以後も順次対象リンク抽出部５にお
いて新たな補正値γに更新され、再び前記の評価が行わ
れることになる。そして、前記一連の評価動作を続ける
ことにより、道路の分岐等の影響を受けて最終的に１つ
のリンクのみが残留し、この残留したリンク上の位置が
現在位置として表示され続けることになる。

【００３３】なお、本発明の実施は、前記の形態に限ら
れるものではなく、例えば、走行距離検出部、走行方向
検出部に代えて、これらと同等の機能を備えるＧＰＳ(G
lobal Positioning System) 受信機を使用することも可
能である。その他、本発明の範囲内において種々の設計
変更を施すことが可能である。

【００３４】

【実施例】

(1) ノードが１７０３あり、リンクが４０８０本ある道
路地図を対象にして、前記実施形態の処理を行った。限
界誤差範囲Ｅは１００ｍ×１００ｍ、最長のリンク長Ｌ
_max は５００ｍとした。ノード１個あたりの始端座標の
取り出し時間は８３μsec 、ノード１個あたりの範囲Ｅ
＋Ｕの中に入っているかどうかの判断時間は３１μsec
であったので、全ノードの処理に要した時間は、 １７０３×（８３＋３１）＝１９４ｍsec であった。以上の選択処理により、リンク数が２５５本
に減少した。

【００３５】次に、２５５本のリンクについて終端座標
の取り出しと、限界誤差範囲Ｅの中に入っているかどう
かの判断を行った。リンク１個あたりの終端座標の取り
出し時間は３７３μsec 、リンク１個あたり限界誤差範
囲Ｅの中に入っているかどうかの判断時間は５０μsec
であったので、２５５本のリンクの処理に要した時間
は、 ２５５×（３７３＋５０）＝１０８ｍsec であった。したがって、合計３０２ｍsec を要した。

【００３６】(2) 次に、従来の処理を行った。ノード１
個あたりの始端座標の取り出し時間は８３μsec であっ
たので、全ノードの始端座標の取り出しに要した時間
は、 １７０３×８３＝１４１ｍsec そして４０８０本の全リンクについて、終端座標の取り
出しと、限界誤差範囲Ｅの中に入っているかどうかの判
断を行った。要した時間は、 ４０８０×（３７３＋５０）＝１７２６ｍsec であった。したがって、合計１８６７ｍsec を要した。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の位置検出装置によ
れば、地図マッチングの対象リンクを選定する前に、地
図マッチング対象リンクの候補となるリンク数を絞るこ
とができるので、全体として、最短の時間で、地図マッ
チングの対象リンクを選定し、これらのリンクに対して
地図マッチングを実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置検出装置の一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】道路地図データの構造図である。

【図３】車両の推定位置Ｐを含む限界誤差範囲Ｅ、及び
これと重複する４つの隣接メッシュＭ₁ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ ，
Ｍ₄ を描いた道路地図である。

【図４】始端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入るリンクを例
示する図である。

【図５】始端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入らないリンク
を例示する図である。

【図６】終端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入るリンクを例
示する図である。

【図７】終端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入らないリンク
を例示する図である。

【図８】始端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入らないが、終
端ノードが限界誤差範囲Ｅの中に入るリンクＬ_a や、終
端ノードが範囲Ｅ＋Ｕの中に入らないが、始端ノードが
限界誤差範囲Ｅの中に入るリンクＬ_b を仮想的に示す図
である。

【図９】地図マッチング手法を説明するための道路地図
の一部を示す図である。

【図１０】地図マッチング対象リンクを選択する手法を
解説する図である。

【符号の説明】

１ 走行距離検出部 ２ 走行方向検出部 ３ 道路地図メモリ ４ 推定位置算出部 ５ 対象リンク抽出部 ６ マッチング評価部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の推定位置を決定し、この推定位置と
   道路地図データとの地図マッチングを実行することによ
   り、車両の現在位置を道路上に特定する位置検出装置に
   おいて、 道路地図データとして、道路を構成するリンクの始端の
   座標を記憶させたものを使用し、 車両位置の誤差および道路地図の誤差等により生ずる車
   両推定位置の限界誤差の範囲Ｅの外周に、前記道路地図
   データの中のリンクのうち最長のものの長さＬ _max を付
   け加えた範囲Ｅ＋Ｕの中に、リンクの始端の座標が存在
   するリンクを求めるリンク選択手段を有し、 前記リンク選択手段により求められたリンクを地図マッ
   チング対象リンクの候補として採用することを特徴とす
   る位置検出装置。
2. 【請求項２】車両の推定位置を決定し、この推定位置と
   道路地図データとの地図マッチングを実行することによ
   り、車両の現在位置を道路上に特定する位置検出装置に
   おいて、 道路地図データとして、道路を構成するリンクの終端の
   座標を記憶させたものを使用し、 車両位置の誤差および道路地図の誤差等により生ずる車
   両推定位置の限界誤差の範囲Ｅの外周に、前記道路地図
   データの中のリンクのうち最長のものの長さＬ _max を付
   け加えた範囲Ｅ＋Ｕの中に、リンクの終端の座標が存在
   するリンクを求めるリンク選択手段を有し、 前記リンク選択手段により求められたリンクを地図マッ
   チング対象リンクまたは地図マッチング対象リンクの候
   補として採用することを特徴とする位置検出装置。